振动与疲劳

木文综述了随机振动环境所致疲劳损伤及破坏,即振动疲劳的概念、损伤模型、疲劳裂纹扩展及疲劳寿命估算公式,以及相应的振动疲劳试验方法。探讨了宽带随机振动环境下,振动疲劳的理论计算与试验方法。最后展望了振动疲劳在航天领域的应用前景。     

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析。通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析。利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法。仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果基本一致。提出多个结构改进方案,利用振动疲劳仿真计算对不同改进结构进行定量的疲劳寿命预测,优选出最佳方案。优化方案提高了管路结构的抗振性能,降低了RMS应力值和损伤,在主要破坏工况(x向振动)疲劳损伤寿命提高到3.2×107 s,其余振动方向疲劳损伤寿命分别提高到202%(y向)和190%(z向)。通过试验考核验证改进措施有效。     

多轴随机振动试验控制技术研究

文章研究了多轴随机振动试验控制技术,详细阐述了系统传递函数辨识、驱动信号生成、控制修正算法等关键技术。介绍了自主研发的多轴随机振动控制系统的整体架构。利用该系统在三轴振动试验台上开展了多轴随机振动控制试验。试验结果表明采用的控制修正算法可行,控制效果良好,若干关键技术在多轴随机振动控制系统中的控制效果得到验证。     

星载电子设备元器件随机振动疲劳分析

星载电子设备通常要经历各种振动环境,在恶劣的随机振动环境中,设备中的元器件管脚及焊点容易出现疲劳问题。文章应用Miner疲劳损伤累积理论及三带宽技术,提出了一种实用有效的分析元器件管脚及焊点进行随机振动疲劳寿命的方法。     

特种结构固体火箭发动机燃烧室随机振动疲劳分析

随机振动下固体火箭发动机的疲劳破坏分析与疲劳寿命准确预测一直是困扰固体发动机设计的难题。通过模态分析、随机振动分析和基于高斯分布的三区间法、Miner疲劳累积损伤理论进行的疲劳计算，仿真分析了一种特种结构固体发动机燃烧室经过随机振动试验后的疲劳破坏规律及影响因素。结果表明，发动机燃烧室在经历径向随机振动激励时，结构响应最大，最大等效应力位于与燃烧室壳体交界附近的装药杯支撑杆上，是发动机燃烧室的最薄弱处;发动机燃烧室存在90、294、411 Hz三个共振频率，设计时要注意避开。极限随机振动试验表明，振动60 s时，燃烧室未发生疲劳破坏，而振动15 min发生了疲劳破坏，这与仿真的结果是吻合的，验证了数值振动模型和疲劳破坏计算方法的有效性，可为预测固体火箭发动机的疲劳破坏和疲劳寿命提供参考和指导。     

基于疲劳损伤分析的振动试验控制误差评价

振动试验的控制误差满足容差要求是试验研究的必要条件,然而满足容差要求的振动试验未必是有效试验。文章研究了几种典型的振动控制误差模型条件下结构疲劳损伤评价结果的变化规律。通过基于模态叠加获得的随机振动响应分析结果,建立了加速度控制误差与响应应力波动之间的关系;应用疲劳损伤的线性累积模型,评价应力波动造成的结构疲劳损伤变化。数值模拟结果表明,同样为±3 dB的控制容差,不同的误差模型对应的结构振动疲劳损伤最大可能相差两个数量级以上。     

多轴低频随机振动试验控制方式研究

文章基于某三轴六自由度液压振动试验系统,开展了多轴低频随机振动试验控制方式研究。首先介绍了多轴低频随机振动控制的基本原理,然后设计了台面下、台面上、夹具上等6种控制方式,详细介绍了各种控制方式下转换矩阵、转角条件的计算方法,并开展试验研究。结果表明:在多轴低频振动试验中,只要符合刚体六自由度计算原理,试验中可根据具体情况选择不同数量、位置的控制点,配合不同的转动条件和控制转换矩阵,实现规定的多自由度加载条件。该研究成果可为今后开展多轴低频振动试验时合理设置控制参数提供参考。     

卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探

卫星产品多轴随机振动试验技术的难点之一是试验条件的制定。文章分析了多轴随机振动试验条件制定的理论基础,并就多轴随机振动试验条件的工程处理方法从模型使用、简化处理、互谱设计、时域信号等4个方面进行了探讨,最后从简化处理、遥测数据分析、仿真计算和现有试验数据分析对比4个角度对卫星产品多轴随机振动试验条件的制定思路提出了建议。     

基于实测数据的随机振动疲劳寿命预测方法

为研究随机振动载荷下构件的疲劳特性,采用振动台对试件开展随机振动疲劳试验。通过对试件应变计改装,完成试验过程中试件应变响应载荷测量,并实现试件疲劳过程的实时监测,准确获取了试件疲劳时刻。基于实测时域数据,结合雨流计数法和线性累积损伤理论,预估3种量级下试件的随机振动疲劳寿命。预估值与试验值对比均在3倍分散带内,验证了上述随机振动疲劳寿命预测方法的可行性及有效性。后续可通过载荷数据的实测开展危险结构件的疲劳失效监测及寿命预测。     

随机振动引起空间反射镜面形退化的机理研究

为了确保遥感器能够承受发射过程中的力学环境,需要在地面对遥感器及其部组件进行充分的振动试验,随机振动试验是主要的试验方法之一。对于反射镜组件,除了需要关注常规的刚度和强度特性,还需要重点关注试验前后的面形变化。在多个型号的研制过程中,均出现过随机振动试验后反射镜组件面形发生退化的现象。因此,亟需研究随机振动试验引起的反射镜面形退化机理。文章通过对反射镜安装界面进行受力分析,研究了随机振动等效准静态加速度、连接刚度、预紧力以及摩擦力之间的关系。通过仿真分析发现横向残余应力是导致面形退化的主要因素,并给出了残余应力的估算公式。最后,结合某空间相机主镜组件的随机振动试验,验证了横向残余应力引起反射镜面形退化的机理。分析和试验结果表明,当达到产生横向残余应力的条件时,反射镜面形开始退化,横向残余应力越大,反射镜面形退化越严重。     

飞行振动环境随机试验模拟的载荷等效

研究飞行振动环境载荷地面试验模拟的等效性问题。基于模态质量的振型叠加方法应用于结构随机振动的响应分析,导出了随机振动载荷等效的一般表达式。针对小阻尼稀疏模态结构,得出了随机振动载荷等效的一种工程设计方法,并通过数值模拟验证了方法的可行性。     

基于FE-SEA方法的卫星部组件随机振动条件研究

卫星部组件的随机振动试验条件确定是较为困难的,通常依据以往试验结果和经验给出。文章尝试应用混合有限元-统计能量分析方法（FE-SEA方法）预示卫星部组件的随机振动环境,以此确定星上部组件的随机振动试验条件。文章首先介绍了该方法的基本理论;随后,用该方法对卫星部组件在星箭界面基础激励和外场声激励联合作用下的加速度响应进行了分析;最后,在综合考虑预示结果和工艺检验要求的基础上,探讨了部组件随机振动条件的确定方法。研究结果表明:FE-SEA方法建模简便,适用于组合载荷作用下的宽频随机振动响应预示,并且,可以较为方便地确定部组件随机振动条件。     

航天器随机振动和噪声试验条件设计方法

随机振动和噪声环境条件对航天器的设计与试验验证至关重要。文章阐述了航天器动力学环境模拟试验的原则,重点介绍了试验量级和试验持续时间的确定方法及其优缺点。确定试验量级的方法包括极限包络法和正态容差限法,确定试验持续时间的方法包括逆幂律、疲劳损伤和首次穿越方法。     

航天器随机振动试验振动台驱动力估算方法

文章针对航天器复杂随机振动条件下(尤其是试验前)推力难以估算的问题,基于模态参与的思想,结合航天器随机振动的特征,对模态参与法进行改进和算法简化。改进后方法的验证结果表明,在白噪声激励条件下其计算结果与模态参与法吻合,而且能够计算模态参与法不能计算的非白噪声激励条件的随机振动载荷。文章还提出了能在工程中快速使用的三频段法,并通过型号验证了其可行性。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

小卫星随机振动特性分析与试验验证方法探讨

通过试验数据分析了小卫星随机振动响应特性,探讨了组件质量与小卫星随机响应的变化关系,并提出了地面随机振动响应与板面密度关系的一个经验公式。针对某小卫星发射过程中测量得到的主动段振动数据,分析总结了小卫星的主动段振动特性,着重探讨了小卫星主动段振动特性与地面试验的振动特性差异,给出了修正地面试验验证的一些建议。     

多维随机振动试验中的互谱控制技术

文章研究了多维随机振动试验控制中的互谱控制技术,给出控制策略及互谱控制算法,阐述了相关技术。介绍开发出的原理样机构成及控制原理,通过对二维系统的控制试验,验证了控制效果。试验结果表明:采用的控制算法可行,控制方案达到随机控制试验要求。     

多轴振动试验系统传递函数估计的数值仿真

文章应用频响矩阵建立了多轴振动系统输入输出之间的数学模型。通过数值仿真的方法,研究了多轴振动试验中传递函数估计的方法,针对不同激励信号组合、不同估计算法和使用多次平均技术情况下进行了数值模拟,并对结果进行了分析。可以为多轴振动试验控制系统的研究提供参考。